东南大学分子铁电晶体研究取得重要阶段性研究进展

2013-2-07 14:33 来源: 国家自然科学基金委
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  在国家自然科学基金委重大研究计划(资助号:90922005)和重点项目(资助号:20931002)的大力支持下,东南大学有序物质科学研究中心的科研人员与美国华盛顿大学和中科院福建物构所等的相关科研人员的通力合作,在分子铁电晶体领域取得重要阶段性研究进展。其最新研究成果1月25日的Science杂志上在线发表。

  在有限温度下,铁电材料是能产生随外电场改变方向的自发电极化的一类特殊的电介质材料。其极化强度与电场强度的关系曲线与铁磁材料的磁化强度与磁场强度的关系曲线极为相似,称为电滞回线,这是铁电材料的一大基本特征。作为一类先进功能材料,铁电材料在铁电存储、红外探测、机电转换、光电器件等诸多领域有着重要的应用。相对于传统的无机铁电材料(如钛酸钡),基于分子的铁电体的研究能够为铁电材料的应用与开发提供新的思路和素材,具有重要的科学意义。然而,目前得到的分子基铁电体,其相变温度(Tc)大多在室温以下,同时饱和极化值(Ps)比较小,非常不利于实际应用。

  自1921年第一个低温铁电体罗息盐发现以来,一直未有居里温度(Tc)及其饱和极化(Ps)与钛酸钡接近的分子基铁电体的出现。东南大学有序物质科学研究中心的研究人员们在熊仁根教授的率领下利用分子设计和晶体调控的思想,在系统研究分子基铁电体的基础上,经过近多年的努力发现二异丙胺溴盐能在水溶液中获得大的单晶,为测量其物理性质提供了保障。其变温介电异样行为和从有心到无心的结构转变导致的对称性破缺也充分证实了其从顺电相到铁电相的转变。而完美的电滞回线、温度依赖的Ps以及理论上的预言和宏观的极化反转(畴)的观察都进一步肯定了二异丙胺溴盐作作为分子铁电晶体这一事实。其居里温度达到426 K,自发极化达到23 μC/cm2,可与钛酸钡相媲美,具备了很好的应用开发前景。同时,该晶体克服了现在通用的ABO3型含铅陶瓷类铁电体在生产过程中的耗能和环境污染问题,具有铁电性能好、廉价易得、节能,居里温度高、矫顽场低、结构简单、易于制备等优点,是分子铁电化合物研究的一个重要突破。该研究综合了化学、物理、晶体学、材料学等多个学科,是交叉性很强的新兴研究领域。